鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 闭合电路欧姆定律教案及反思

这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 闭合电路欧姆定律教案及反思，共8页。教案主要包含了电动势，闭合电路欧姆定律，路端电压与外电阻的关系等内容，欢迎下载使用。

1.知道非静电力在电源内部所起的作用。
2.理解电动势的物理意义。
3.理解闭合电路欧姆定律并能熟练应用。
4．能从公式和图像两个角度分析电源路端电压随电流的变化。
教学重难点
教学重点
理解电动势的物理意义。
理解闭合电路欧姆定律。
教学难点
1.应用闭合电路欧姆定律进行有关计算。
2.电源路端电压随电流的变化。
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师活动：说明图中小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池也相同。演示动画。
学生活动：观察闭合电建后小灯泡的亮暗
思考：多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗，如何解释这一现象呢？
教师说明：学完本节课内容后我们就能解释了。
讲授新课
一、电动势
1.闭合电路的结构：
由电源、导线、开关、用电器连成的电路叫做闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。
在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子，电流方向为正电荷的定向移动的方向，下面按正电荷的移动进行讨论。
思考与讨论：在外电路中，正电荷由电源正极流向负极，如果电路中只存在静电力的作用，电源正极的正电荷与负极的负电荷很快就会中和，电路中不能维持稳定的电流。电源之所以能维持外电路中稳定的电流，是因为它有能力把负极的正电荷经过电源内部不断地搬运至正极。电源的这种能力是怎么来的呢？
2、非静电力
学生活动：观看图片
教师活动：总结
在电源内部，有一种与静电力相反的力作用于正电荷，把它从负极搬运到正极，我们称之为非静电力。在此过程中非静电力做功，使电荷的电势能增加。
从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
日常生活中有很多电源，如干电池、蓄电池、锂电池、发电机等
学生活动：思考不同电源把其他形式的能转化为电势能的本领相同吗？
教师活动：总结,引入电动势概念：在物理学中，用电动势来表示电源的这一特性。
3.电动势
（1）定义：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移动到正极所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势。
（2）表达式：E=，在数值上等于将单位电荷量的正电荷由负极移动到正极非静电力所做的功，也等于电源没有接入外电路时两级间的电压。
（3）单位：V
（4）电动势与外电路无关，是由电源中非静电力的特性决定的。
（5）物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电势能的本领的大小
教师活动：展示图片，说明
常用的干电池，E=1.5V，与体积无关，常用的蓄电池，E=2V，蓄电池把其他形式的能转化为电势能的本领比干电池强。
人工瀑布的能量转化模拟
以人工瀑布的形成过程来类比闭合电路中非静电力和静电力做功的情形。人搬运水的过程类比电源内部的非静电力对电荷做功的过程，人对水做功，把水不断从低处搬运到高处，提高其重力势能；然后通过重力做功（类似外电路中静电力对电荷做功），水又从高处流向低处，重力势能减小；人不断搬运水做功，使水循环流动，这样便形成了持续的人工瀑布。
二、闭合电路欧姆定律
1.内外电路电势变化
（1）根据欧姆定律可知：I=
在外电路中，沿电流方向电势降低 U外=IR
（2）在电源内部也存在电阻，称为电源的内阻
我们把电源看成一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，则在内电路中，内阻沿电流方向电势降低 U内=Ir
2.闭合电路欧姆定律
对于闭合电路的内、外电路来说，沿电流方向电势都要降低：U外=IR，U内=Ir；在电源内部，由负极到正极升高的电势等于E，故有
E=U外+U内
这就是说，电源的电动势等于内、外电路电势降落之和。
E=I（R+r）
I= ER+r
表述：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比。这个结论叫做闭合电路欧姆定律。
注意：I= ER+r适用条件为纯电阻电路，E=U外+U内适用任何电路。
三、路端电压与外电阻的关系
1.探究路端电压随负载的变化(演示实验或理论分析)
闭合开关S，改变外电路的电阻R(增大R或者减小R)，观察（分析）电压表的示数将会做什么变化？
R增大，I减小，U增大
R减小，I增大，U减小
2.分析原因：
由闭合电路欧姆定律： E= I(R+r) = U +Ir
得路端电压：U = E - Ir
E、r不变
I= R增大，I减小，U增大
U = E - Ir R减小，I增大，U减小
结论：端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小。
下面解决一下新课引入中的问题：
图中小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池也相同。闭合电建，多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。
E、r不变
I= R减小，I总增大，
灯泡并联
U = E - Ir U减小，I灯减小，所以灯泡较暗。
3.电源的U-I图像：
设电源的电动势E=3V，内阻r=2Ω。请根据路端电压与电流的关系式U=E-Ir，以U为纵坐标，I为横坐标，做出U与I关系的函数图像。
O
U/V
I/A
3
1.5
学生活动：画图像
教师活动：展示图像
教师说明：纵轴截距表示开路电压U=E
横轴截距表示短路电流I=
图象斜率的绝对值表示电源的内阻，内阻越大，图线倾斜得越厉害
4.U = E - Ir两个特例：
（1）外电路断路时：R→∞,I=0，U=E
断路时的路端电压（开路电压）等于电源电动势
2）外电路短路时：R=0，I=，U=0
短路时的路端电压等于0，电源提供的电流最大I=（短路电流）。因r较小，短路电流很大，易烧坏电源，故绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起！
典题剖析
例1（多选）关于电动势下列说法中正确的是（ ）
A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加
B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大
C.电动势越大，说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极移向正 极做功越多
D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极，移送电荷量越多
解析：非静电力的作用，就是把正电荷从电源负极搬运到正极，非静电力做功，使电荷的电势能增加。固A对；由公式E= ，电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。固C对。
例2如图是某电源的路端电压U随干路电流I的变化图象，由图象可知,该电源的电动势为 V，内阻为 Ω。
解析：纵轴截距表示电动势，E=3V，图像斜率的绝对值表示内阻，r=0.5 Ω
例3如图，Ｒ1=28Ω，Ｒ2=18Ω，当开关处于位置1时，电流表读数I1=0.4A，当开关处于位置2时，电流表读数I2=0.6A，求电源的电动势E和内电阻r。
解析：由闭合电路欧姆定律：
E=I1（R1+r）
E=I2（R2+r）
得：E = 3V ，r = 1Ω
例4在如图所示电路中，当变阻器R3的滑动头P向b端移动时（ ）
A．电压表示数变大，电流表示数变小
B．电压表示数变小，电流表示数变大
C．电压表示数变大，电流表示数变大
D．电压表示数变小，电流表示数变小
解析：R3变小 →I总变大→U路变小，电压表示数变小。U路=U1+U2，U1变大，U2变小，流过R2的电流变小，所以另一支路电流变大，电流表示数变大。
课堂小结
闭合电路欧姆定律
电动势
闭合电路欧姆定律
路端电压与外电阻的关系
电动势大小
物理意义
应用
表达式 U = E-Ir
图像
表达式 I=
ER+r